Регулируемый преобразователь напряжения

Регулируемый преобразователь напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

11Ц 752665,ОЛИСАНКЕ

ИЗОБРЕТЕКИ Я

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.78 (21) 2632604/24-07 (5-1) Р1 К„, з

Н 02М 3/335 с присоединением заявки К

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет (53) УДК 621.314.57 (088.8) по делам изоб гтений (43) Опубликовано 30.07.80. Бюллетень № 28 и открытий (45) Дата опубликования описания 30.07.80 (72) Авторы изобретения В. А. Кусков, С. И. Галас, О. Н. Красников и Б. Я. Сукачев (71) Заявитель (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НЛГ1 РЯ)КЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизированным преобразователям напряжения, и может найти применение в автоматике и вычислительной технике в блоках питания радиоэлектронной аппаратуры.

Известны устройства, содержащие ключевой элемент, задающий генератор, силовой трансформатор, схему управления и трансформатор гальванической развязки в цепи обратной связи,(1), (2).

К недостаткам указанных устройств относится возможность появления перенапряжений на выходе при коммутации нагрузки, а также при включении питания. Это обстоятельство обусловлено наличием в цепи обратной связи устройств развязывающего трансформатора, выходное напряжение которого исчезает как при скважности импульсов на выходе схемы управления равной нулю, так и равной единице.

Это нарушает нормальную работу схемы управления и приводит к снижению надежности этих устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулируемый транзисторный преобразователь, управляемый тактовым генератором (3).

Этот регулируемый транзисторный преобразователь постоянного напряжения, управляемый тактовым генератором, имеет гальванически развязанные вход и выход.

Между входным и выходным контурами нахо,штся силовой трансформатор, а с вы5 ходной цепью гальва!шческп связана регулирующая схема, предназначенная для управления коэффициентом заполнения импульсов в пусковой полукольцсвой схеме.

Последняя воздействует на один нли не10 сколько PBOIIo:IoæeIII û| ВО ВОДном контУре исполнительных транзисторов в зависимости от результата сравнения треугольного и постоянного напряжений в дифференциальном усилителе. Формируемые в

15 результате сравнения импульсы напряжения через трансформатор воздействуют на тактовьш генератор, изменяя скважность его выходных сппта IQB. Недостатком указанного устройства является наличие длительных перенапряжений на выходе преобразователя при коммутат1пн нагрузки, а также при включении питания, что нарушает его устойчиву1о работу п снижает на;1ежность.

Указанный недостаток обусловлен следующим. Б установившемся режиме работы»а вход трансформатора гальванической развязки поступает сигнал с выхода пороГОВОГО уCTpO IÑ Гва, СкВаж IOCTb котороГО

30 определяется мох:ситами равенства опор752665 ного напряжения и суммы выходного и пилообразного напряжения, формируемого генератором пилообразного напряжения, Напряжение, снимаемое с выходной обмотки трансформатора гальванической развязки, воздействует через исполнительный транзистор на тактовый генератор, определяя тем самым время открытого и закрытого состояния ключевого элемента.

При резкой коммутации тока нагрузки, например, при сбросе, энергия, накопленная в накопительном дросселе, передается в нагрузку, вызывая выброс выходного напряжения. Если амплитуда этого выброса превышает амплитуду пилообразного напряжения, на выходе порогового устройства возникает перепад напряжений большой длительности, равной длительности переходного процесса. Если постоянная времени трансформатора гальванической развязки меньше времени переходного процесса на выходе преобразователя, что обычно выполняется на практике в целях снижения габаритов и массы трансформатора гальванической развязки, его сердечник насыщается, импульсы на его выходной обмотке исчезают, что приводит к работе ключевого элемента с максимальным коэффициентом заполнения, определяемым тактовым генератором. В результате напряжение на выходе преобразователя возрастает до значения, определяемого коэффициентом трансформации силового трансформатора и значением напряжения питания и сохраняется таким неопределенно долгое время.

При включении питания, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника порогового устройства, также возможно исчезновение импульсов на выходе развязывающего трансформатора, что приводит к неустойчивой и ненадежной работе устройства.

Целью изобретения является повышение устойчивости работы преобразователя и уменьшение габаритов и массы развязывающего трансформатора.

Поставленная цель достигается тем, что в регулируемом преобразователе напряжения с гальванической развязкой входа и выхода, содержащем ключевой элемент, вход которого соединен с выходом тактового генератора, силовой трансформатор, первичная обмотка которого включена последовательно с ключевым элементом в цепь первичного источника питания, а ко вторичной обмотке подключен выпрямитель с фильтром, пороговый узел, вход которого соединен с выходом преобразователя и формирователем пилообразного напряжения, а выход подключен к первичной оомотке развязывающего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с управляющим входом тактового генератора, силовой трансформатор снабжен дополни10

25 зо, 1д

4О !

6О бэ тельной обмоткой, один вывод которой соединен с выходом преобразователя, а второй вывод через дополнительный диод подключен к первому выводу первичной обмотки развязывающего трансформатора, второй вывод которой соединен через выход порогового узла с первым выводом дополнительной обмотки трансформатора.

Это позволяет при появлении перенапряжения на выходе преобразователя обеспечить переключение развязывающего трансформатора с частотой тактового генератора даже при постоянном сигнале на выходе порогового устройства.

В результате этого коэффициент заполнения импульсов ключевого элемента уменьшается практически до нуля, приводя к мгновенной отработке возмущения и снижению Выходного нап1)яже11ия до нОминального значения. Это существенно повышает устойчивость работы преобразователя, улучшает его надежность и быстродействие.

Кроме того, длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором в предлагаемом устройстве пример но в 10 раз, меньше, чем в известном устройстве, что позволяет существенно уменьшить габариты и массу развязывающего трансформатора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Регулируемый преобразователь напряжения содержит ключевой элемент 1, вход которого соединен с выходом тактового генератора 2, силовой трансформатор 3, первичная обмотка 4 которого включена после;1овательно с ключевым элементом 1 в цепь первичного источника питания, а ко вторичной обмотке 5 подключен выпрямитель б с фильтром 7, пороговый узел 8, вход которого соединен с выходом преобразователя и формирователем 9 пилообразного напряжения, а выход подключен к первичной обмотке 10 развязывающего трансформатора 11, вторичная обмотка 12 которого соединена с управляющим входом тактового генератора 2. Силовой трансформатор 3 снабжен дополнительной обмоткой

13, один вывод которой соединен с выходом преобразователя, а второй вывод через дополнительный диод 14 подключен к первому выводу первичной обмотки 10 развязывающего трансформатора 11, второй вывод которой соединен с выходом порогового узла 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы напряже1111е на выходе тактового генератора 2 открывает ключевой элемент 1 и на первичной обмотке 4 силового трансформатора 3 формируется напряжение. Это напряжение трансформируется во вторичную обмотку 5 и через выпрямитель 6 и фильтр 7

752665

ЗО

4Î

U, + 2 ) U

55 передается на выход преобразователя. На входе порогового узла 8 происходит суммирование выходного напряжения преобразователя и пилообразного напряжения, формируемого формирователем 9 пилообразного напряжения. Сумма этих напряжений сравнивается с опорным напряжением порогового узла 8.

В течение времени, когда

Umx + Upt (от где У„,.„— выходное напряжение преобразователя;

U — амплитуда напряжения на выходе формирователя 9;

U„, напряжение опорного источника порогового узла 8, на входе выходного транзистора порогового устройства 8 отсутствует напряжение, и он закрыт. При достижении пилообразным напряжением значения, при котором

U,„, + Uu) U,„, ко входу выходного транзистора порогового узла 8 прикладывается отпирающее напряжение, которое открывает у казанный транзистор. Поскольку выходной каскад порогового узла 8 запитан от дополнительной обмотки 13 силового трансформатора

3 через дополнительный диод 14, напряжение на которой синфазно с напряжением на первичной обмотке 4 силового трансформатора 3, к первичной обмотке 10 развязывающего трансформатора 11 прикладывается напряжение, которое трансформируется в его вторичную обмотку 12 и прикладывается к управляющему входу тактового генератора 2. В результате напряжение на входе ключевого элемента 1 исчезает и последний закрывается через время, определяемое временем рассасывания неосновных носителей. При этом на первичной обмотке 19 развязывающего трансформатора 11 формируется импульс, длительность которого определяется только временем выключения ключевого элемента.

При резкой коммутации нагрузки, например при сбросе, энергия, накопленная в накопительном элементе фильтра 7, передается в нагрузку, вызывая резкое увеличение выходного напряжения. Если амплитуда этого переходного процесса превышает размах пилообразного напряжения, т. е. на входе выходного транзистора порогового узла 8 возникает длительный перепад напряжения, открывающий указанный транзистор. В момент формирования на выходе тактового генератора 2 следующего отпирающего импульса, ключевой элемент

1 открывается и на дополнительной обмотке 13 силового трансформатора 3 формируется напряжение, которое прикладывается к первичной обмотке 10 развязывающего трансформатора 11, трансформируется в его вторичную обмотку 12 и подается на управляющий вход тактового генератора 2, выключая последний. В результате на входе ключевого элемента 1 формируется отпирающий импульс, длительность которого определяется только быстродействием схемы управления. При этом ключевой элемент 1 оказывается открытым в течение времени, определяемого суммарной задержкой схемы управления и ключевого элемента, что приводит к резкому уменьшению коэффициента заполнения импульсов ключевого элемента 1 и снижению выходного напряжения до номинального значения.

Прп включении преобразователя, если скорость нарастания выходного напряжения превышает скорость нарастания напряжения опорного источника, процессы, происходящие в преобразователе, аналогичны описанным выше.

Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить переключение развязывающего трансформатора при постоянном сигнале на выходе порогового устройства. При этом коэффициент заполнения импульсов ключевого элемента уменьшается практически до нуля, приводя к мгновенной отработке возмущения. Это позволяет практически полностью исключить перенапряжения на выходе преобразователя и тем самым повысить устойчивость его работы, надежность и быстродействие.

1 роме того, предложенное устройство позволяет примерно B 10 раз уменьшить габариты и массу развязывающего трансформатора. Это обстоятельство обусловлено тем, что длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором, равна длительности задержки на выключение ключевого элемента, определяемой временем рассасывания неосновных носителей, значение которого равно 0,1 — 1 мкс. для современных мощных транзисторов. В известном же устройстве максимальная длительность импульсов, передаваемых развязывающим трансформатором, может составлять половину периода колебаний тактового генератора, что при частоте 50 кГц составляет 10 мкс. Уменьшение длительности импульса в 10 раз, по сравнению с известным устройством позволяет во столько же раз уменьшить сечение сердечника развязывающего трансформатора, а следовательно, и его массу и габариты.

Указанные обстоятельства выгодно отличают предлагаемое устройство от известного.

Формула изобретения

Регулируемый преобразователь напряжения, содержащий однотактный инвертор с выходным трансформатором, вторичная

752665

Составитель Г. Огнев

Техред А. Камышникова

Корректор Н. Федорова

Редактор В. Девятов

Заказ 1742/4 Изд. № 453 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 обмотка которого подключена через выпрямитель с фильтром к выходным выводам, а ключевой элемент инвертора входом соединен с выходом тактового генератора, пороговый узел, входом связанный с выходными выводами преобразователя и формирователем пилообразного напряжения, а выходом — с первичной обмоткой развязывавщего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с управляющим входом тактового генератора, о тл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения устойчивости работы преобразователя, силовой трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, один вывод которой соединен с одним из выходных выводов преобразователя, а второй вывод через дополнительный диод подключен к первому выводу первичной обмотки развязывающего трансформатора, второй вывод которой со5 единен через выход порогового узла с первым выводом дополнительной обмотки трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1о 1. Патент США № 3818306, кл. 321-2, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 433607, Н 02М 3/335, 1974.

3. Заявка ФРГ № 2226689, кл. Н 02Р

15 13/22, 1974.